LINUX動態連結程式庫的基本知識.其要點是:使用者根據實際情況需要,利用dlopen,dlsym,dlclose等動態連結程式庫操作函數,裝入指定的動態連結程式庫中指定的函數,然後加以執行.程式中使用很少的動態函數時,這樣的做法尚可.如果程式需要調用大量的動態函數,那麼採用這樣的編程手段將是非常繁複的,所以我們必須使用一種更為聰明的辦法,以減少代碼量,提高工作效率.這就是現在我要舉例介紹的《LINUX動態連結程式庫進階應用程式》.
注:本文舉的例子類似上篇文章,只是檔案的內容已做相應修改,裁減了不少.樣本程式ady.c和兩個動態函數的來源程式getdate.c與gettime.c僅修改了標頭檔的名字,其內容不再列出.本文使用標頭檔為adatetime.h.
要想高效地應用LINUX動態連結程式庫(尤其是使用者自己編寫的),需要做以下工作:
一、編寫合格的動態連結程式庫標頭檔
C語言的標頭檔,可供一個或多個程式引用,裡面一般定義程式所需的常量,自訂類型及函數原型說明等.其中的函數原型說明,則供編譯器檢查文法,用於排除引用參數時類型不一致的錯誤.只有編寫合格的動態連結程式庫標頭檔,程式員才能正確使用動態連結程式庫內的函數.
動態連結程式庫標頭檔要採用C語言標準格式,其中的動態函數原型定義,不必象上文介紹的那樣用(*動態函數名)的描述形式.請看下面的例子:(每行開始的數字為所在行行號,為筆者添加,供註解使用)
1 /* adatetime.h : 縱橫軟體製作中心雨亦奇(zhsoft@371.net)編寫, 2002-03-06. */
2
3 #ifndef __DATETIME_H
4
5 #define __DATETIME_H
6
7 /* 日期結構 */
8 typedef struct
9 {
10 int year;
11 int mon;
12 int day;
13 }DATETYPE;
14
15 /* 時間結構 */
16 typedef struct
17 {
18 char hour;
19 char min;
20 char sec;
21 }TIMETYPE;
22
23 int getdate(DATETYPE *d); /* 取當前日期 */
24 int gettime(TIMETYPE *t); /* 取目前時間 */
25
26 #endif
27
注:與上文的datetime.h檔案比較,從該標頭檔第23,24行可以看到,動態函數getdate,gettime的原型定義改變了,不再使用(*getdate),(*gettime)的格式了(這種格式使用較為羅嗦).
二、正確編譯與命名動態連結程式庫
為了讓GCC編譯器產生動態連結程式庫,編譯時間須加選項-shared.(這點須牢記)
LINUX系統中,為了讓動態連結程式庫能被系統中其它程式共用,其名字應符合“lib*.so*”這種格式.如果某個動態連結程式庫不符合此格式,則LINUX的動態連結程式庫自動裝入程式(ld.so)將搜尋不到此連結庫,其它程式也無法共用之.
格式中,第一個*通常表示為簡寫的庫名,第二個*通常表示為該庫的版本號碼.如:在我的系統中,基本C動態連結程式庫的名字為libc.so.6,線程pthread動態連結程式庫的名字為libpthread.so.0等等.本文例子所產生的動態連結程式庫的名字為libmy.so,雖沒有版本號碼,但也符合所要求的格式.
產生該動態連結程式庫的維護檔案makefile-lib內容如下:
1 # makefile : 縱橫軟體製作中心雨亦奇編寫, 2002-03-07.
2
3 all : libmy.so
4
5 SRC = getdate.c gettime.c
6
7 TGT = $(SRC:.c=.o)
8
9 $(SRC) : adatetime.h
10 @touch $@
11
12 %.o : %.c
13 cc -c $?
14
15 # 動態連結程式庫(libmy.so)產生
16 libmy.so : $(TGT)
17 cc -s -shared -o $@ $(TGT)
18
運行命令:
$ make -f makefile-lib
$
即產生libmy.so庫.
注: 維護檔案中,第17行用-shared選項以產生動態連結程式庫,用-s選項以去掉目標檔案中的符號表,從而減小檔案長度.
三、共用動態連結程式庫
3.1 動態連結程式庫設定檔
為了讓動態連結程式庫為系統所使用,需要維護動態連結程式庫的設定檔--/etc/ld.so.conf.此檔案內,存放著可被LINUX共用的動態連結程式庫所在目錄的名字(系統目錄/lib,/usr/lib除外),各個目錄名間以空白字元(空格,換行等)或冒號或逗號分隔.一般的LINUX發行版中,此檔案均含一個共用目錄/usr/X11R6/lib,為X window視窗系統的動態連結程式庫所在的目錄.
下面看看我的系統中此檔案的內容如何:
# cat /etc/ld.so.conf
/usr/X11R6/lib
/usr/zzz/lib
#
由上可以看出,該動態庫設定檔中,增加了一個/usr/zzz/lib目錄.這是我自己建立的共用庫目錄,下面存放我新開發的可供系統共用的動態連結程式庫.
3.2 動態連結程式庫管理命令
為了讓動態連結程式庫為系統所共用,還需運行動態連結程式庫的管理命令--ldconfig.此執行程式存放在/sbin目錄下.
ldconfig命令的用途,主要是在預設搜尋目錄(/lib和/usr/lib)以及動態庫設定檔/etc/ld.so.conf內所列的目錄下,搜尋出可共用的動態連結程式庫(格式如前介紹,lib*.so*),進而建立出動態裝入程式(ld.so)所需的串連和快取檔案.快取檔案預設為/etc/ld.so.cache,此檔案儲存已排好序的動態連結程式庫名字列表.
ldconfig通常在系統啟動時運行,而當使用者安裝了一個新的動態連結程式庫時,就需要手工運行這個命令.
ldconfig命令列用法如下:
ldconfig [-v|--verbose] [-n] [-N] [-X] [-f CONF] [-C CACHE] [-r ROOT] [-l] [-p|--print-cache] [-c FORMAT] [--format=FORMAT] [-V] [-?|--help|--usage] path...
ldconfig可用的選項說明如下:
(1) -v或--verbose : 用此選項時,ldconfig將顯示正在掃描的目錄及搜尋到的動態連結程式庫,還有它所建立的串連的名字.
(2) -n : 用此選項時,ldconfig僅掃描命令列指定的目錄,不掃描預設目錄(/lib,/usr/lib),也不掃描設定檔/etc/ld.so.conf所列的目錄.
(3) -N : 此選項指示ldconfig不重建快取檔案(/etc/ld.so.cache).若未用-X選項,ldconfig照常更新檔案的串連.
(4) -X : 此選項指示ldconfig不更新檔案的串連.若未用-N選項,則快取檔案正常更新.
(5) -f CONF : 此選項指定動態連結程式庫的設定檔為CONF,系統預設為/etc/ld.so.conf.
(6) -C CACHE : 此選項指定產生的快取檔案為CACHE,系統預設的是/etc/ld.so.cache,此檔案存放已排好序的可共用的動態連結程式庫的列表.
(7) -r ROOT : 此選項改變應用程式的根目錄為ROOT(是調用chroot函數實現的).選擇此項時,系統預設的設定檔/etc/ld.so.conf,實際對應的為ROOT/etc/ld.so.conf.如用-r /usr/zzz時,開啟設定檔/etc/ld.so.conf時,實際開啟的是/usr/zzz/etc/ld.so.conf檔案.用此選項,可以大大增加動態連結程式庫管理的靈活性.
(8) -l : 通常情況下,ldconfig搜尋動態連結程式庫時將自動建立動態連結程式庫的串連.選擇此項時,將進入專家模式,需要手工設定串連.一般使用者不用此項.
(9) -p或--print-cache : 此選項指示ldconfig列印出當前快取檔案所儲存的所有共用庫的名字.
(10) -c FORMAT 或 --format=FORMAT : 此選項用於指定快取檔案所使用的格式,共有三種:old(老格式),new(新格式)和compat(相容格式,此為預設格式).
(11) -V : 此選項列印出ldconfig的版本資訊,而後退出.
(12) -? 或 --help 或 --usage : 這三個選項作用相同,都是讓ldconfig列印出其協助資訊,而後退出.
舉三個例子:
例1:
# ldconfig -p
793 libs found in cache `/etc/ld.so.cache'
libzvt.so.2 (libc6) => /usr/lib/libzvt.so.2
libzvt.so (libc6) => /usr/lib/libzvt.so
libz.so.1.1.3 (libc6) => /usr/lib/libz.so.1.1.3
libz.so.1 (libc6) => /lib/libz.so.1
......
#
注: 有時候使用者想知道系統中有哪些動態連結程式庫,或者想知道系統中有沒有某個動態連結程式庫,這時,可用-p選項讓ldconfig輸出快取檔案中的動態連結程式庫列表,從而查詢得到.例子中,ldconfig命令的輸出結果第1行表明在快取檔案/etc/ld.so.cache中找到793個共用庫,第2行開始便是一系列共用庫的名字及其全名(絕對路徑).因為實際輸出結果太多,為節省篇幅,以......表示省略的部分.
例2:
# ldconfig -v
/lib:
liby.so.1 -> liby.so.1
libnss_wins.so -> libnss_wins.so
......
/usr/lib:
libjscript.so.2 -> libjscript.so.2.0.0
libkspell.so.2 -> libkspell.so.2.0.0
......
/usr/X11R6/lib:
libmej-0.8.10.so -> libmej-0.8.10.so
libXaw3d.so.7 -> libXaw3d.so.7.0
......
#
注: ldconfig命令在運行正常的情況下,預設不輸出什麼東西.本例中用了-v選項,以使ldconfig在運行時輸出正在掃描的目錄及搜尋到的共用庫,使用者可以清楚地看到啟動並執行結果.執行結束後,ldconfig將重新整理快取檔案/etc/ld.so.cache.
例3:
# ldconfig /usr/zhsoft/lib
#
注: 當使用者在某個目錄下面建立或拷貝了一個動態連結程式庫,若想使其被系統共用,可以執行一下"ldconfig 目錄名"這個命令.此命令的功能在於讓ldconfig將指定目錄下的動態連結程式庫被系統共用起來,意即:在快取檔案/etc/ld.so.cache中追加進指定目錄下的共用庫.本例讓系統共用了/usr/zhsoft/lib目錄下的動態連結程式庫.需要說明的是,如果此目錄不在/lib,/usr/lib及/etc/ld.so.conf檔案所列的目錄裡面,則再度運行ldconfig時,此目錄下的動態連結程式庫可能不被系統共用了.
3.3 動態連結程式庫如何共用
瞭解了以上知識,我們可以採用以下三種方法來共用動態連結程式庫:(注:均須在超級使用者狀態下操作,以我的動態連結程式庫libmy.so共用過程為例)
(1)拷貝動態連結程式庫到系統共用目錄下,或在系統共用目錄下為該動態連結程式庫建立個串連(硬串連或符號串連均可,常用符號串連).這裡說的系統共用目錄,指的是LINUX動態連結程式庫存放的目錄,它包含/lib,/usr/lib以及/etc/ld.so.conf檔案內所列的一系列目錄.
# cp libmy.so /lib
# ldconfig
#
或:
# ln -s `pwd`/libmy.so /lib
# ldconfig
#
(2)將動態連結程式庫所在目錄名追加到動態連結程式庫設定檔/etc/ld.so.conf中.
# pwd >> /etc/ld.so.conf
# ldconfig
#
(3)利用動態連結程式庫管理命令ldconfig,強制其搜尋指定目錄,並更新快取檔案,便於動態裝入.
# ldconfig `pwd`
#
需要說明的是,這種操作方法雖然有效,但效果是暫時的,供程式測試還可以,一旦再度運行ldconfig,則快取檔案內容可能改變,所需的動態連結程式庫可能不被系統共用了.與之相比較,前兩種方法是可靠的方法,值得業已定型的動態連結程式庫共用時採用.前兩種方法還有一個特點,即最後一條命令都是ldconfig,也即均需要更新一下快取檔案,以確保動態連結程式庫的共用生效.
四、含有動態函數的程式的編譯
4.1 防止編譯因未指定動態連結程式庫而出錯
當一個程式使用動態函數時,編譯該程式時就必須指定含所用動態函數的動態連結程式庫,否則編譯將會出錯退出.如本文樣本程式ady.c的編譯(未明確引用動態連結程式庫libmy.so):
# cc -o ady ady.c
/tmp/ccL4FsJp.o: In function `main':
/tmp/ccL4FsJp.o(.text+0x43): undefined reference to `gettime'
collect2: ld returned 1 exit status
#
注: 因為ady.c所含的動態函數getdate,gettime不在系統函數庫中,所以串連時出錯.
4.2 編譯時間引用動態連結程式庫的幾種方式
(1)當所用的動態連結程式庫在系統目錄(/lib,/usr/lib)下時,可用編譯選項-l來引用.即:
# cc -lmy -o ady ady.c
#
注:編譯時間用-l選項引用動態連結程式庫時,庫名須使用其縮寫形式.本例的my,表示引用libmy.so庫.若引用游標庫libncurses.so,須用-lncurses.注意,-l選項與參數之間不能有空格,否則會出錯.
(2)當所用的動態連結程式庫在系統目錄(/lib,/usr/lib)以外的目錄時,須用編譯選項-L來指定動態連結程式庫所在的目錄(供編譯器尋找用),同時用-l選項指定縮寫的動態連結程式庫名.即:
# cc -L/usr/zzz/lib -lmy -o ady ady.c
#
(3)直接引用所需的動態連結程式庫.即:
# cc -o ady ady.c libmy.so
#
或
# cc -o ady ady.c /lib/libmy.so
#
等等.其中,動態連結程式庫的庫名可以採用相對路徑形式(檔案名稱不以/開頭),也可採用絕對路徑形式(檔案名稱以/開頭).
五、動態連結程式的運行與檢查
5.1 運行
編譯串連好含動態函數的程式後,就可以運行它了.動態連結程式因為共用了系統中的動態連結程式庫,所以其空間佔用很小.但這並不意味功能的減少,它的執行與靜態串連的程式執行,效果完全相同.在命令提示字元下鍵入程式名及相關參數後斷行符號即可,如下例:
$ ady
動態連結程式庫進階應用程式示範
當前日期: 2002-03-11
目前時間: 19:39:06
$
5.2 檢查
檢查什麼?檢查動態連結程式究竟需要哪些共用庫,系統中是否已有這些庫,沒有的話,使用者好想辦法把這些庫裝上.
怎麼檢查呢?這裡,告訴你一個公用程式--ldd,這個程式就是專門用來檢查動態連結程式依賴哪些共用庫的.
ldd命令列用法如下:
ldd [--version] [-v|--verbose] [-d|--data-relocs] [-r|--function-relocs] [--help] FILE...
各選項說明如下:
(1) --version : 此選項用於列印出ldd的版本號碼.
(2) -v 或 --verbose : 此選項指示ldd輸出關於所依賴的動態連結程式庫的儘可能詳細的資訊.
(3) -d 或 --data-relocs : 此選項執行重定位,並且顯示不存在的函數.
(4) -r 或 --function-relocs : 此選項執行資料對象與函數的重定位,同時報告不存在的對象.
(5) --help : 此選項用於列印出ldd的協助資訊.
注: 上述選項中,常用-v(或--verbose)選項.
ldd的命令列參數為FILE...,即一個或多個檔案名稱(動態連結程式或動態連結程式庫).
例1:
$ ldd ady
libmy.so => ./libmy.so (0x40026000)
libc.so.6 => /lib/libc.so.6 (0x40028000)
/lib/ld-linux.so.2 => /lib/ld-linux.so.2 (0x40000000)
$
注: 每行=>前面的,為動態連結程式所需的動態連結程式庫的名字,而=>後面的,則是運行時系統實際調用的動態連結程式庫的名字,所需的動態連結程式庫在系統中不存在時,=>後面將顯示"not found",括弧所括的數字為虛擬執行地址.本例列出ady所需的三個動態連結程式庫,其中libmy.so為自己建立的動態連結程式庫,而libc.so.6與/lib/ld-linux.so.2均為系統的動態連結程式庫,前一個為基本C庫,後一個動態裝入庫(用於動態連結程式庫的裝入及運行).
例2:
$ ldd -v ady
libmy.so => ./libmy.so (0x40026000)
libc.so.6 => /lib/libc.so.6 (0x40028000)
/lib/ld-linux.so.2 => /lib/ld-linux.so.2 (0x40000000)
Version information:
./ady:
libc.so.6 (GLIBC_2.1.3) => /lib/libc.so.6
libc.so.6 (GLIBC_2.0) => /lib/libc.so.6
./libmy.so:
libc.so.6 (GLIBC_2.1.3) => /lib/libc.so.6
libc.so.6 (GLIBC_2.0) => /lib/libc.so.6
/lib/libc.so.6:
ld-linux.so.2 (GLIBC_2.1.1) => /lib/ld-linux.so.2
ld-linux.so.2 (GLIBC_2.2.3) => /lib/ld-linux.so.2
ld-linux.so.2 (GLIBC_2.1) => /lib/ld-linux.so.2
ld-linux.so.2 (GLIBC_2.2) => /lib/ld-linux.so.2
ld-linux.so.2 (GLIBC_2.0) => /lib/ld-linux.so.2
$
注:本例用-v選項以顯示儘可能多的資訊,所以例中除列出ady所需要的動態連結程式庫外,還列出了程式所需動態連結程式庫版本方面的資訊.
小結: 在LINUX動態連結程式庫的進階應用程式中,關鍵有兩點,一是如何讓動態連結程式庫為LINUX系統所共用,二是編譯串連程式時如何做.讓動態連結程式庫為系統所共用,主要是用ldconfig管理命令,維護好系統共用庫的快取檔案/etc/ld.so.cache.編譯串連時如何做?注意串連上所用的動態連結程式庫就可以了.LINUX動態連結程式庫的進階應用程式,用一用就明白:其實,就是這麼簡單!
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